加拿大 bryston 3b 功放
加拿大bryston公司的功放主要用在专业和录音室等场合,产品在全世界享有祟高声誉,功率涵盖60~1000w的范围,但几乎所有功放电路的蓝本都相同,大多采用这种输出级。下面以最适合家用的3b(150w、8ω)为例,介绍该功放的完整主电路,如下图所示。
电路看起来似乎比较复杂,这是因为加拿大bryston作为世界顶级产品,承诺20年的质保期。其保护电路设置得非常完善,每个功率管都有单独的过流保护电路。其实放大电路原理非常简单明了,都是最基本的共射放大或共集放大(见下图)。
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q1~q4组成互补差分输入级,q5、ql0为第二级共射推挽放大级,q15、q16(组成ube倍增器给末级提供适当的偏置电压和温度补偿。这里可以看到,由于输出级不同寻常,ube倍增器的设置也有不同。后面的电路就是着名的“四元互补对管式”输出级的结构,相对前述电路架构多了一级驱动管q7和q13,该输出级除了前述的不对称性失真极小外,还有一定的增益。
加拿大bryston的设计理念就是这样可使电压放大级不至于满摆幅状态,更有利于减少失真。输入级和主电压放大级电路也是全互补放大,这样如前所述必然存在的晶体管不对称性失真,用单端放大可能更为有利。但是这世界上没有完美的放大电路,单端放大也有它的不足,正负半周信号的上升速率不容易做到一致,特别是在高摆幅大功率的应用场合不容忽视。从整体角度来看,晶体管放大器输出管的不对称性失真占主要地位。而本电路中这个问题已经解决,前级电路的小功率管对称性相对好很多。
介绍电路原理后,我们来看看这个不起眼的电路带来的卓越性能指标:在满功率8ω、150w或4ω、250w这样超大功率输出时,20hz~20khz全频带内总谐波失真和互调失真均不大于0.007%,10khz以下失真率仅为0.001%左右,转换速率大于60v/μs,功率带宽1hz~l00khz,8ω/20hz时的阻尼系列数大于500。能有这样的失真度指标,除了电路元件取值恰到好处之外,四元互补对管输出级的电路组态自然功不可没,而且这种电路天生丽质,从根本上消除晶体管的固有失真。与深度负反馈电路及以前盛名一时的“ala电路”(靠运放提供失真校正电压)有本质的区别。
试制调整
整个电路都是常用的元器件,非常有利于自制且成本不高。输入级差分对管2n5210/2n5087可以用2sc2362/2sa1016代用,2n5550/2n5400可以用2n5551/2n5401代用。要注意的是:我国市面上2n5551/2n5401对管非常泛滥,质量参差不齐,最好选用安森美的原装管,也可以用2sc2705/2sa1145代替。放大器的频率补偿设置得非常完善,有足够的相位裕度不会出现自激。mje180可以用2sc3423或2sc3419代替。被动管和输出管必须使原装型号,并且要求严格配对,最好在10%以内,这个配对误差将直接影响失真度指标。电阻未标注功率的为1/4w、精度1%的金属膜电阻,小容量电容最好选择高频特性好的聚苯乙烯电容器。
线路板设计和整机布局对高质量的放大器的重要性不亚于电路设计。实际制作时将高电流脉冲的整流、滤波电源部分、双声道小信号前级电压放大部分、四元互补对管输出级及喇叭保护部分,分开单独设计,如右图所示,共4块电路板(小信号前级电压放大部分左/右声道各一块)。喇叭保护使用高可靠性的upc1237集成电路,单独的26v电源以免影响正、负主电源的对称性。
整机装焊完成检查无误即可上电,静态电流每管调至50ma左右即可,处于高效率ab类放大状态。
实际试听时发现该机音质与普通的功放根本不可同日而语,最明显的是乐器尾部细节完整了很多。低频宽松而又不乏力度,高频柔顺细腻,整体音色极为纯正。而且,该机保护电路非常可靠,长时间使用从未出现过故障。
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la-1200专业功放电路由前置放大,功放电路,保护电路三部分组成。
1.la-1200前置放大电路工作原理分析
前置放大部分有平衡式和非平衡式输入方式、立体声与桥接输出方式。另外,还有平衡式输入方式信号放大电路,桥接式输出方式r声道输入信号极性变换电路。上述电路都是采用ne5534运放构成。平衡式输入放大电路是差动输入运算放大器,具有输入阻抗高、输出阻抗低特点。
运算放大器输入端有限幅电压保护。ne5534最大输入电压范围限制在-15v~ 15v。限幅电路由d1~d4和d5~d8组成。ic3(ne5534)起极性变换作用,即将输入信号反相,但没有进行放大。
(1)立体声工作原理
当sw2开关拨到立体声位置时,r声道信号经ic1放大、电容c4耦合,再经音量电位器到r声道功放板输入端。l声道信号经ic2放大、电容cb耦合,再经音量电位器,到l声道功放板输入端。立体声输出r、l声道分别接音箱工作。
(2)桥接输出方式工作原理
当sw2开关拨到桥接位置时,r声道输入信号插孔无效。l声道信号经ic2放大、电容c6耦合输出到l声道功放板输入端。l声道电位器还分出一路经r5输入到ic2进行极性变换。ic2输出负极性信号到r声道功放板输入端。桥接方式l声道为正极性放大输出;r声道为负极性放大输出。音箱接在l、r声道输出端(红端子)。
(3)平衡式与非平衡式输入方式工作原理
把swl和sw3开关拨到平衡位置,平衡双极性信号经icl和ic3放大后,分别推动r、l声道功放板;把sw1、sw3拨到非平衡位置,负极性信号输入经开关接地,正极性信号不放大,直接推动功放板。
2.la-1200电压电流放大电路工作原理分析
电压放大级不仅担负信号放大任务,而且还为末级提供静态工作电压。其特点是:q7和q8基极电压是固定的,等于两只发光二极管导通降压,约3.6v,其发射极作信号接收端,电压受信号大小影响。两管b-e结电压变化,导致两管ic电流变化,即q7和q8组成两个共基极放大电路(电路见下图)。共基极电路输入电阻低,一般为几欧至十几欧,适合用于高频或宽频带电路中。音频信号放大过程:音频信号经c1耦合,加到q1和q4的基极,其正极性信号推动q1,负极性信号推动q4。q1推q2;q4推q3;q2推q6;q3推q9;q6推q7;q9推q8;q7推q10;q8推q11;q10推q12;q11推q13。q12与q20、q18、q16、q14组成pnp复合管;q13与q21、q19、q17、q15组成npn复合管;进行电流放大。该功放电路的电压放大级多使用共基极电路。q3和q2也是共基极电路,电路抗干扰强、频带宽。该电路末级大功率管接法很有特色,大功率管a1943/c5200的集电极为输出端,因此大功率管不用云母片绝缘,可直接安装在散热器上。散热器用塑料柱绝缘固定,既可降低成本,又有利于散热。q5为偏置电流调整管,q1、q4兼作中点电压校正管,q3作交流负反馈管。
3.保护电路分析(电路见下图)。
(1)开机延时保护
24v对c3充电。充电时间常数为r5×c3。当c3充电到 1.4v时,q3、q4饱和导通,继电器j吸合。
(2)功放管过热保护
正常工作时,保护检测管bf1处于断开状态。当功放管温度达到85℃时,结点闭合,三极管q3基极电压被拉至1v以下。q3、q4退出饱和,继电器j线圈失电,触点j-1释放,断开喇叭负载,保护功放管不致因过热烧坏。
(3)中点电压失衡保护
正常时,中点spl电压应在±50mv范围内。当中点电压高于1.4v时,d7导通。q5通过d9、r8到地,使q3基极电压降到0.1v,继电器j释放。断开负载。当中点电压低于-1.4v时,d8导通,q5导通。l1、r9为q5提供0v电压,确保q5b-e结有正偏电压,饱和导通,继电器释放。
(4)功放管过流保护
过流电压取样:取自npn大功率管q17发射极电阻(0.25ω/5w)上的电压降。当该压降大于0.7v,即电流为0.7v/o.25ω=2.8a时,q1因基极电压大于0.7v而饱和导通。负电压v-通过d1、r3加到q2基极,使之饱和导通,q3基极电压为0.1v,继电器j断电,触点j-1释放。
(5)推动管基极限压保护
三极管为电流型控制元件。当b—e结正偏压增大时,其ic电流也会增大。推动管电流增大又使大功率电流增大。为保护大功率管不因过压推动而损坏,推动管q12、q13设计有be结过压保护。保护方式为:在npn和pnp推动管b极和v 与v-之间各反接一只3.3v稳压管。当稳压管上电压超过3.3v时,稳压管zd1、zd2击穿,从而将电压稳定在3.3v。
1.维修专业功放工艺要求
采用220v/500w调压器供电,其目的是先调低供电电压,再试机测量,这对短路性故障更有必要。专业功放供电电压在±80v~ 110v,直接全压试机,很危险。在维修时,降低直流供电电压,可调到±30v供电维修,不必担心电路会因电压降低而工作不了,因为此电压完全可使电压放大级正常工作。另外,检修时采用调压器降压供电,不仅可少烧元件。而且有利于保障维修者的人身安全。维修功放板在拆、装元件及插排线前,一定要对主电容及推动板电容进行放电(带电拆、装元件,会损坏元件,把故障扩大)。为确保大功率管不在维修过程中损坏,应完整拆下功放板,拆下大功率管(注意:拆管前,应先对大功率管进行编号,以便安装时原位装回)。功放板脱离散热器,把功放板移到机箱外维修。偏置调整管均安装在散热器上,进行温度补偿。维修时,一定要装偏置管,方法有两种:一是用线连原管;二是在电路板反面到偏置管排线插座,直接焊接一只c2073三极管,位置要对。由于专业功放工作电压高,更换元件一定要用正品。特别是推动管要求更高,既要耐压高,又要配对好。目前,市场上a940/c2073有很多假冒品,很难在专业功放中做推动管。推荐使用三肯a1668/c4182音响中功率对管。其电气参数为200v、2a、25w、20mhz,属双极型发烧级音响管,价钱不贵。
2.la-1200功放电路维修
用调压器把直流电压调到±30v供电。注意:维修前要按工艺要求先拆去大功率管。将推动管q12、q13c极用导线分别连到v 、v-。测中点电压,正常应为0v。若不正常,则拆去q12、q13再测中点电压,正常应在±5v~0v之间。由于三极管q7、q8及推动管q6、q9配对差异,中点电压会稍超出0v。再测q7、q8管压降vce大致相等,差异不超过5v。这一级典型故障特征是:一管饱和导通。
另一管处于放大状态。处于放大状态的三极管承受双倍电源电压,管压降大,功耗也大。这种状态不允许长时间开机。检修范围缩小至10只小功率三极管及外围电路。10只三极管应工作在放大状态,不应截止或饱和,vbe=0.6v。10只三极管中只有q6和q9、q7和q8有配对要求。其他三极管不要求配对,用原型号更换即可。如在线测量无法判断三极管的好坏,可用替代法维修。当维修到q7、q8大致相等时,可装推动管q10、q11。由于推动管均压作用,这时中点电压一定会是0v。测电阻r21和r22上的压降,在2v左右。若不符要求,调到2v。再装推动管q12、q13,测中点电压若不正常,则换新管。只要元件合格,中点电压一定正常。在安装推动管前,还要测量中功率电阻r29、r30、r32、rl33是否正常。
安装大功率管的方法:不要四对一次装好。应装一对测一次中点电压。再装一对,再测一次中点电压……直到四对全部装完。装完后。再测功放管静态电流。把功放管静态电流调到每管ic20ma,每管功耗p0=20max80v=1.6w,8对管总静态功耗为8×1.6=12.8w。
3.保护电路维修
若继电器不吸合,将q4c极对地短接一下,若吸合说明继电器是好的,可进行下一步维修。测量q3基极电压,正常在1.1v以上。若不正常,把d2拆去,若仍不吸合,故障在过热保护或中点保护电路。对中点保护电路的检修,主要测q5及外围元件是否正常。拆去元件排除故障法是保护电路检修判断故障的主要方法。特别适合于对继电器频繁吸合释放故障的检修判断。
4.试机
功放板修好后,不要立即固定到机箱内。先在输出端焊一只小喇叭,再用万用表碰触输入端,若能听到干扰声,则说明已修好。接下来是插入前置信号,用指针式万用表的o.25v挡测输入信号是否正常。正常情况,由于有隔直电容故无直流电压,若有剧烈波动的脉冲电压,则说明前置自激,先检修前置电路后再复位。
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